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Schweißschutzanordnung
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Die Erfindung betrifft eine mit einem elektrischen Schweißgerät verbundene,
elektrisch-automatisch arbeitende Anordnung zum Schutz gegen die schädlichen optischen
und mechanischen Wirkungen des Schweißlichtbogens, unter Verwendung einer entsprechend
dem elektrischen Schaltzustand der Anordnung entweder mechanisch (mittels eines
mit einer Federkraft zusammenwirkenden elektromagnetischen Systems) oder elektronisch
(mittels eines durch elektrische Spannung beeinflußbaren Depolarisators) zwischen
einer die Durchsicht auf die Schweißzone freigebenden Öffnungslage und einer die
schädliche Strahlung absorbierenden Sperrlage gesteuerten Sichtblende.
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Die Verwendung von effektiv und zuverlässig wirksamen Schutzanordnungen
(Handschirm, Schutzhelm) beim Arbeiten mit elektrischen Schweißgeräten ist ein seit
Beginn dieser Xechnik aktuelles Bedürfnis, das auch in der Patentliteratur in Gestalt
unterschiedlichster Vorschläge zur Ausbildung und Arbeitsweise derartiger Schutzanordnungen
sichtbar wird. Dabei sind #dem allgemeinen Fortschritt der Technik entsprechend
Geräte mit elektrischautomatischer Bunktion in den Vordergrund getreten, bei denen
die den Durchblick auf den Schweißbereich freigebende oder sperrende bzw. dämpfende
Sichtblende entweder mittels eines Elektromagnetsystems mechanisch oder mittels
eines Depolarisators-(FlEssigkristallschicht) elektronisch-optisch erfolgt, wobei
das den Sp#rrzustand der Sichtblende auslösende Signal bei moderneren Lösungen ausnahmslos
durch ein den Schweißbereich beobachtendes, für die Lichtintensität im Schweißbereich
sensitives photoelektrisches Element ausgelöst wird. Die Vielfalt in der technischen
Ausgestaltung der bekannten Lösungsvorschläge steht in Einklang mit der Erfahrung
während der der vorliegenden Erfindung vorausgehenden mehrjährigen intensiven Entwicklungsarbeiten
auf diesem Speaialgebiet, welche die nicht von vorneherein erkennbare auSerordentliche
Kom-
plexität und Schwierigkeit der zu lösenden vielfältigen und
in sich teilweise extrem widersprüchlichen Aufgaben deutlich aufgezeigt haben. Die
bisher bekannt gewordenen Schutzanordnungen arbeiten nämlich, durchaus in Übereinstimmung
mit dem Urteil kompetenter Fachleute, in der Praxis keineswegs vollauf zufriedenstellend
und sind mit mehreren, teilweise schwerwiegenden Nachteilen behaftet.
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Der bedeutsamste, ausnahmslos allen bisher bekannten Lösungen gemeinsame
Nachteil ist darin zu sehen, daß das elektrische Kommando zur Steuerung der Sichtblende
in ihren Sperrzustand zu spät erfolgt, so daß der Schweißer wenn auch nur für relativ
kurze Zeit dem insbesondere wegen seines UV-Anteils äußerst schädlichen Blitz des
Schweißlichtbogens ausgesetzt ist, was in Jedem Falle bei länger dauernden Schweißarbeiten
mit ständiger Wiederholung des Lichtblitzes beim jedesmaligen Zünden des Schweißlichtbogens
zu gegebenenfalls irreversiblen Augenschäden führen kann. Darüber hinaus kann eine
nicht rechtzeitige Steuerung der Sichtblende in ihren Sperrzustand auch zu mechanischen
Verletzungen der Augen oder zu Gesichtsnarben des Schweißers durch sogenannte Schweißspratzer
oder insbesondere durch teilweise noch glühende, beim Entschlacken der Schweißstelle
platzende Schweißschlacken führen, wobei in der Praxis üblicherweise gleichfalls
die Schutzanordnung benützt wird.
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Einschlägige Statistiken der Berufsgenossenschaften aller Industriestaaten
ergeben den übersehbaren Nachweis,
daß die Zahl derartiger Verletzungen#mit
den dazugehör-igen Schadensfolgen beunruhigend hoch ist. Ein weiterer bedeutsamer
Nachteil der vorerwähnten verspäteten Steuerung der Sichtblende in ihren Sperrzustand
besteht in einer möglichen Qualitätsminderung der SchweiBarbeit, weil der Schweißer
teils aus Ängstlichkeit vor dem zu erwartenden schädlichen Lichtblitz, teils aus
Blendung die Schweißelektrode nicht exakt angesetzt hält und daher die Schweißstelle
unsauber wird und vielfach sogar kostensteigernd nachgearbeitet werden muß. Die
Ursache für die verspätete Steuerung der Sichtblende liegt in der bereits erwähnten
Verwendung eines photoelektrischen Elements zur Erzeugung bzw. Auslösung des Sperrsignals
Ein derartiges Element kann - ohne ds.ß dies näher begründet werden muß - logischerweise
erst dann ansprechen, wenn der schädliche Lichtbogen bereits entstanden ist und
kommt also unabwendbar zu spät, um die Sichtblende rechtzeitig zu sperren, ganz
abgesehen davon, daß sich zu diesem an sich bereits verspäteten Steuersignal auch
noch die Zeitkonstante für nachgeordnete Schalt- und Bauelemente addiert. Zur Verdeutlichung
dieses schwerwiegendsten der Nachteile- der bisher bekannten Anordnungen nochmals
kurz und anders formuliert bleibt also festzustellen, daß primär der schädliche
Lichtbogen entstehen muß, bevor in sekundärer Folge das Sperrsignal ausgelöst wird.
Bei Verwendung von pho#toelektrischen.Einrichtungen zur Auslösung beziehungsweise
Erzeugung des Sperrsignals für die Sichtblende
kann also - unabhängig
von der wie immer geartetet~ Raffinesse nachgeordneter Schaltungen auch elektronischer
und damit praktisch trägheitsloser Bauart -in keiner Weise gewährleistet werden.
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Der vorstehend geschilderte groBe Nachteil gilt,wie schon gesagt,
für alle bisher bekanntgewordenen bei~ spielsweise in den nachgenannten Literaturstellen
offenbarten Schutzanordnungen: 1. CH-PS 393 632 2. CH-PS 562 607 3. FR-PS 7409611
4. D-OS 2 550 559 5. GB-PS 834 021 6. US-PS 2 423 320 7. DT-AS 2 315 308 8. FR-PS
73 10949.
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Von diesen bekannten Anordnungen sind diejenigen nach Ziffer 1 bis
6, welche mit einer elektramagnetischmechanischen Sichtblende arbeiten, außer dem
Oogenannten Nachteil eines verspäteten Sperrsignals mit weiteren, für ihren praktischen
Einsatz äußerst nachteiligen Fehlern behaftet. Insbesondere sind die dort verwendeten
Elektromagnetsysteme in Verbindung mit der Betriebsart, daß sie die Sichtblende
aus ihrer normalen Öffnungslage in die Sperrlage bewegen, entweder bei einem für
eine praktisch brauchbare Durchsicht auf die Schweißzone erforderlichen großen Hub
des Magnetankers gemäß physikalischen Gesetzmäßigkeiten viel zu
träge,
um die Sichtblende rechtzeitig in-ihre grptritate' zu bewegen oder sie gestatten
bei zwar kürzerer Funktionszeit, aber entsprechend verkleinertem Ankerhub nur eine
schlechte Durchsicht durch ein relativ winziges Sichtfenster beziehungsweise durch
gegeneinander verschiebbare Gitteranordnungen. Nach den vorerwähnten physikalischen
Gesetzmäßigkeiten gilt nämlich für die Dimensionierung eines Elektromagneten folgende
Regel: Macht man den Magnet für einen ausreichenden Hub der Sichtblende entsprechend
groß, so ist er unbrauchbar schwer und vor allem aber in seiner Zeitkonstante träge,
so daß er die Sichtblende von der Geschwindigkeit her nicht schnell genug steuert.
Macht man#ihnfür kleineren Hub der Sichtblende entsprechend klein, so ist er zwar
in seiner Zeitkonstante schneller, aber dafür von seiner Magnetkraft her nicht stark
genug für eine rechtzeitige Steuerung der Sichtblendenmasse. Diese Gesetzmäßigkeit
ist-unabwendbar und verurteilt alle elektromagnetischen Lösungen der bisher bekannten
Bauart und Arbeitsweise von vorneherein zum Scheitern. Darüberhinaus sind keinerlei
Vorkehrungen getroffen, die ein Wiederöffnen der Sichtblende verhindern, wenn der
Schweißlichtbogen im Verlauf des Schweißvorganges nur ganz kurzzeitig verlischt
und unmittelbar darauf wieder einsetzt, wie dies infolge unregelmäßigem Elektrodenabbrand
oder zu weit gezogenem Lichtbogen in der-Praxis bekanntlich öfter der Fall ist.
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Aber auch bei den bekannten Schutzanordnungen mit elek-
tronisch
gesteuerter Sichtblende, d.h. mi einem durch Anlegen einer elektrischen Spannung
gesteuerten Depolarisator (Flüssigkristall), existieren bedeutsame Nachteile, die
ein zufriedenstellendes Arbeiten selbst dann nicht gewährleisten würden, wenn das
Signal zur Steuerung der Sichtblende in ihren Sperrzustand nicht verspätet wäre.
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Die weit verbreitete und durchaus verständliche Annahme, daß mit der
Verwendung einer derartigen elektronischen Sichtblende alle bisherigen Probleme
mechanischer Sichtblenden automatisch gelöst seien, ist nämlich in mehrfacher Hinsicht
falsch. Insbesondere besitzen derartige Depolarisatoren, jedenfalls nach dem derzeitigen
weltweiten Stand der Technik und voraussichtlich noch auf unabsehbare Sicht eine
Zeitkonstante bezüglich ihrer Umpolung, welche weit über der für einen echten Augenschutz
erforderlichen relativ sehr kurzen Zeitspanne liegt, nämlich im günstigsten Falle
eine Zeitkonstante von etwa 80 bis 100 ms, denen eine fur einen echten Schutz erlaubte
Zeitspanne zur Steuerung der Sichtblende von weniger als 10 ms gegenübersteht. Der
Beweis hierfür findet sich sowohl in der einschlägigen Fachliteratur als auch in
Datenblättern der Hersteller von Flüssigkristallen und weiterhin auch in Prospektangaben
all er jüngsten Datums eines Herstellers für Schutzgeräte der infrage stehenden
Art, welche derzeit; auf dem Markt angeboten werden. Darüberhinaus haben derartige
Flüssigkristall-Sichtblenden keinerlei filternde Eigenschaften insbesondere gegen
die besonders gefährliche Uv-Strahlung
des Schweißlichtbogens wie
etwa ein Dunkelglas der in der Schweißtechnik verwendeten Normen. Wegen der viel
zu trägen Reaktionszeit der Flüssigkristall-Sichtblende und der fehlenden Filterung
und Dämpfung hat man bei dem zuletzt genannten bekannten Schutzgerät zu einem Kompromiß
gegriffen: Das Sichtfenster der Schutzanordnung ist.etwa zur Hälfte mit einer Flüesigkristallschicht
und zur anderen, darüberliegenden Hälfte mit einem auswechselbaren Dunkelglas üblicher
No#rm bestückt.
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Da jedoch die Flüssigkristallschicht beim Zünden des Schweißlichtbogens
noch für die vorgenannte Zeitspanne von etwa 80 bis 100 ms durchsichtig bleibt und
damit kein Augenschutz vorhanden wäre, sind-dämpfende Filterscheiben vorgesehen.
Die gesamte Anordnung hat also die unübersehbaren Nachteile, daß erstens beim Ansetzen
der Schweißelektrode infolge der Filterscheiben keine wUnschenswert volltransparente,
sondern grundsätzlich nur stark gedämpfte Durchsicht auf den Schweißbereich gegeben
ist und daß zweitens nach dem Aufleuchten des Söhweißlichtbogens der Schweißer seine
Aug#enstellung von der Freisichtzone zum Dunkelglas hin ganz beträchtlich verändern
muß, was ein erneutes Suchen der eigentlichen Schweißstelle notwendig macht und
zu einer Beeinträchtigung der Schweiß qualität führen kann.
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Solange es also keine Flüssigkristallanordnungen gibt, die ihren optischen
Zustand in weniger als etwa 10~ msändern und die darüberhinaus gleichzeitig auch
eine möglichst volltransparente Durchsicht gewähren und eine
gegen
die schädliche Strahlung des Schweißlichtbogens wirksame Filtereigenschaft besitzen,
kann von derartigen elektronischen Schutzanordnungen auf keinen Fall eine für die
Praxis optimale Lösung der anstehenden Probleme erwartet werden.
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Von dem im Vorhergehenden geschilderten Stand der Technik ausgehend
soll mit der vorliegenden Erfindung eine Schutzanordnung der eingangs genannten
Art geschaffen werden, bei der unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile der
bisher bekannten Anordnungen und mit einer praxisgerechten Gestaltung und Gesamtanordnung
ein rechtzeitiges Überführen der Sichtblende in ihren Sperrzustand sichergestellt
ist. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß die Steuerung der Sichtblende
durch elektrische Steuersignale erfolgt, die durch Auswerten von auf der Charakteristik
elektrischer Schweißverfahren basierenden, dem Schweißlichtbogen zeitlich vorauseilenden
Änderungen der elektrischen Spannung im Schweißelektrodenkreis innerhalb einer aus
an sich bekannten elektrischen Schaltelementen aufgebauten Schaltungsanordnung erzeugt
-werden.
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Prinzipiell könnte das Steuersignal auch aus der Stromcharakteristik
oder aus dem magnetischen Verhalten des Schweißgerätes abgeleitet werden, aber diesbezügliche
Untersuchungen haben ergeben, daß dies mit meh-
reren gravierenden
Nachteilen verbunden wäre. Insbesondere wäre einmal entweder eine aufwendige transformatorische
oder magnetische Kopplung mit dem Schweiß elektrodenkreis oder ein Eingriff in das
-Innere des Schweißgerätes selbst erforderlich, was vor allem eine nachträgliche
Montage der Schutzanordnung bei den zahlreichen bereits in der Industrie arbeitenden
Schweißgeräten außerordentlich erschweren und verteuern würde. Insbesondere aber
wäre eine Lösung dieser -Art nicht universell anwendbar, weil die Strom- resp. Nagnetoharakteristiken
verschiedener Schweißgeräte nicht einheitlich sind. Mit der gemäß der Brfindung
vorgesehenen Ableitung der Steuersignale aus der Spannungscharakteristik im Schweißelektrodenkreis
werden hingegen mehrere Vorteile gleichzeitig erreicht: Zum einen bilden die aus
der Elektroden-Leerlaufspannung, der El ektro den-Kurzschluß spannung und der bei
gezündetes Schweißlichtbogen herrschenden Schweißspannung bestehenden Spannungsniveaus
im Schweißelektrodenkrels im Gegensatz zu dem bei elektrischen Schweißgeräten zwischen
sehr großen Grenzwerten im Bereich von 5 bis 800 A variablen Schweißstrom fest eingeprägte
Größen, so daß sie sehr viel leichter als der unkontrollierbare Schweißstrom erfaßbar
und auswertbar sind. Andererseits ist der Verlauf der Spannungskurve im Schweißelektrodenkreis
bei unterschiedlichen Schweißgerätetypen zwar nicht hinsichtlich der absoluten Spannungsgrdßen,
aber bezüglich der Charakteristik bei allen Schweißgeräten einheitlich beziehungsweise
weitestgehend übereinst:Lmmend sogar welt-
weit genormt, was sich
aus den Sicherheitsvorschriften für berührungssichere elektrische Spannungen erklärt,
so daß in sehr vorteilhafter und kostensparender Weise eine für alle Schweißgerätetypen
einheitlich verwendbare universelle Ausgestaltung und Arbeitsweise der erfindungsgemäßen
Schutzanordnung realisierbar ist. Insbesondere aber sind die Spannungereflexe im
Schweißelektrodenkreis außerordentlich rasch und exakt und eilen dem Schweißlichtbogen
zeitlich voraus, so daß ein die Sichtblende steuerndes Signal ausgelöst und weiterverarbeitet
werden kann, bevor der Lichtbogen zündet. Weiterhin kann die Ankopplung der Schaltungsanordnung
an das Schweißgerät selbst bei nachträglicher Montage der Schutzanordnung ohne Eingriff
in das Schweißgerät überaus rasch und einfach vorgenommen werden, weil der Schweißelektrodenkreis
in jedem Falle frei zugänglich ist. Ferner ist es besonders vorteilhaft, daß mit
der elektrischen Ankopplung der Schutzanordnung an die Elektrodenspannung des Schweißgerätes
alle Probleme hinsichtlich der Einhaltung von Sicherheitsvorschriften für Berührungsspannungen
automatisch eliminiert sind, weil die entsprechenden Auflagen bereits vom Hersteller
des Schweißgerätes erfüllt sein müssen, um den Schweißelektrodenkreis berührungssicher
zu gestalten. Weiterhin werden durch die Speisung der Schutzanordnung aus dem Schweißelektrodenkreis
spezifische Stromquellen oder zusätzliche elektrische Bauteile wie Sicherheitstransformatoren
zur Ankopplung an das Stromnetz des Schweißgerätes, wie sie bei bisher bekannten
Schutzanordnungen notwendig sind, automatisch eingespart,
weil
der Schweißelektrodenkreis einerseits eine stabile Stromquelle darstellt und andererseits
selbst die Elektroden-Leerlaufspannung einen berührungssicheren Wert nicht übersteigt.
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Eine besonders günstige Art der Signalauslösung für die Steuerung
der Sichtblende in ihre Sperrlage ergibt- sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der
Erfindung das Steuersignal zur Steuerung der Sichtblende in ihre Sperrlage durch
eine im Schweiß elektro denkreis auftretende Reduzierung der Elektrodenspannung
ausgelöst -wird, weil dies die Möglichkeit verschafft, das Signal nicht erst mit
Erreichen der Elektroden-Kursschlußspannung, sondern bereits bei relativ geringfügiger
Absenkung der Elektroden-Leerlaufspannung auszulösen, so daß eine dem Schweißlichtbogen.
zeitlich möglichst weit vorauseilende Reaktion erfolgt.
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Eine derart frühzeitige Auslösung des Sperreignals wird gewährleistet
wenn gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung die Schaltungsanordnung zur
Steuerung der Sichtblende einen mit der Elektrodenspannung gekoppelten Signalschalter
enthält, der bei gleichzeitiger Unabhängigkeit von der variablen absoluten Größe
der Elektrodenspannung und von der Zeitdauer einer Spannungereduzierung im Schweißelektrodenkreis
bereits bei relativ sehr geringer Reduzierung der Elektrodenspannung in der Größenordnung
von etwa 1 % der Elektroden-Teerlaufspannung ein
bedarfsweise positives
oder negatives Steuersignal mit einer für seine Auswertung in der Schaltungsanordnung
ausreichenden Zeitdauer liefert. Die Ausbildung und Arbeitsweise dieses Signalschalters
gemäß dem in den zeichnerischen Unterlagen dargestellten Schaltbild ist hinsichtlich
der gewünschten Spannungssensibilität und dem bezüglich des Zeitgewinnes praktisch
nicht mehr überbietbar und stellt damit eine optimale Lösung dieser Teilaufgabe
der Erfindung dar.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält die Schaltungsanordnung
zur Steuerung der Sichtblende einen auf der Basis eines Schmitt-Triggers arbeitenden
elektronischen Schwellwertschalter, der indirekt von der Elektrodenspannung gespeist
und mit einer Zenerdiode auf einen praktisch konstanten Ansprechwert getrimmt sowie
mit seinem Signaleingang über ein Potentiometer an die Elektrodenspannung angekoppelt
ist und der mit seinem Signalausgang direkt oder über einen Transistor den Lastkreis
für die Sichtblende steuert. Dieser Schwellwert schalter gewährleistet eine von-den
variablen absoluten Größen der Spannung im Schweißelektrodenkreis unabhängige, für
alle Schweißgerätetypen und üblichen Betriebsspannungen universell verwendbare Bauweise
und prinzipielle Funktion der Schutzanordnung. Dabei wird deren Justierung auf exakte,
an die Spannungscharakteristik im Schweißelektrodenkreis angepaßte streuarme Betriebsdaten
insbesondere dann erreicht, wenn gemäß einer
Weiterbildung der
Erfindung der Schwellwertschalter mittels des Potentiometers derart eingestellt
ist, daß er einerseits nur bei einer Schwellwert-Signalspannung durchschaltet (öffnet),
welche jeweils analog kleiner als die#Elektroden-Leerlaufspa#nnung, aber größer
als die bei gezündetem Schweißlichtbogen auftretende maximale Elektroden-Schweißspannung
ist und andererseits bei einer Schwellwert-Signalspannung abschaltet (sperrt), welche
Jeweils analog in jedem Falle größer als die Elektroden-Kurzschluß spannung, vorzugsweise
aber nur geringfügig kleiner als die Elektroden-Leerlauf#spannung ist.
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Bei elektrischen Schweißvorgängen kommt es bekanntlich gelegentlich
zu kurzzeitigen Unterbrechungen mit unmittelbar folgender Wiederzündung des Schweißlichtbogens,
beispielsweise infolge zu großem Elektrodenabstand, ungleichmäßigem Elektrodenabbrand
oder dergleichen. Solche kurz zeitigen Unterbrechungen könnten sowohl bei den bisher
bekannten als auch bei der erfindungsgemäßen Schutzanordnung zu unerwünschtem Wiederöffnen
der Sichtblende vor Beendigung des Schweißvorganges und damit zu Strahlungsschäden
führen. Dies kann zuverlässig verhindert werden, wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung die Schaltungsanordnung zur Steuerung der Sichtblende einen Zeitverzögerungskreis
enthält, mit dessen Hilfe die Steuerung der Sichtblende in ihre Öffnungslage -nach
dem .Durchschalten (Öffnen) des Schwellwertschalters jeweils zeitlich verzögert
erfolgt. Gleichzeitig sorgt diese
Maßnahme außerdem dafür, daß
der Schweißer auch nach Beendigung des Schweißvorganges noch für eine gewisse Zeitspanne
gegenüber der Schweißzone geschützt ist, so daß er weder auf den noch weißglühenden
Schmelzbereich sehen kann noch durch etwaige im ersten Stadium des Erkaltens von
der Schweißzone abplatzende Schlackensplitter verletzt werden kann. Durch die genannte
Verzögerung wird also die Sichtblende erst dann in ihre Öffnungslage gebracht und
damit die Durchsicht auf den Schweißbereich wieder freigegeben, wenn die erwähnten
Gefahrenquellen eliminiert sind.
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Zweckdienlich ist es, wenn die Schutzanordnung so gestaltet wird,
daß die Stromversorgung der Schaltungsanordnung zur Steuerung der Sichtblende unabhängig
von der Betriebs-Stromart des Schweißgerätes generell über einen oder mehrere vom
Schweißgerät gespeiste Elngangsgleichrichter erfolgt, weil hierdurch eine kostensenkende
einheitliche Ausbildung und elektrische Funktion der Schutzanordnung möglich ist,
ganz gleich welcher Art die Betriebßspannung des Schweißgerätes ist. Herrscht nämlich
im Schweißelektrodenkreis ohnedies Gleichspannung, so passiert diese den Eingangsgleichrichter
unverändert als Gleichspannung, wogegen Wechselspannung gleichgerichtet wird, so
daß ausgangsseitig einheitlich gleiche Spannung für die Schutzanordnung zur Verfügung
steht.
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Die Schutzanordnung gemäß der Erfindung#kann wie bereits
erwähnt
sowohl mit mechanisch als auch mit elektronisch gesteuerter Sichtblende betrieben
werden. Wegen der einleitend geschilderten Nachteile elektronisch gesteuerter Sichtblenden
erscheint es in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der dieser Erfindung zugrundeliegenden
Entwicklungsarbeiten -jedoch vorteilhaft, eine mechanisch gesteuerte Sichtblende
zu verwenden, allerdings -unter der Voraussetzung, daß diese in Einklang mit dem
vorzeitigen Steuersignal ausreichend schnell funktioniert.
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Dies wird gewährleistet, wenn die Sichtblende kraftschlüssig mit den
Tauchänkern zweier Solenoide verbunden ist, welche bei Erregung die in ihren antimagnetischen
Führungsrohren gleitend geführten Tauchanker entgegen einer Federkraft bewegen.
Solenoide haben im Vergleich zu Elektromagneten mit geschlossenem Eisenkern, wie
sie bei den bekannten Anordnungen verwendet werden,- bekanntlich eine wesentlich
kleinere Zeitkonstante, da sie als reine Luft spulen keinen Eisenkreis aufmagnetisieren
müssen und deshalb nur eine geringe Induktivität-besitzen, was für eine möglichst
flinke Auswertung des Sperrsignals von Vorteil ist. Darüberhinaus gestatten sie
einen relativ großen Hub der Tauchanker ohne nennenswerte-Abnahme der Magnetkraft,
so daß die Sichtblende zur Schaffung einer guten Freisicht auf die Schweißzone zwischen
relativ weiten Grenzstellungen bewegt werden kann.
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Die erforderliche Steigerung der Schließgeschwindigkeit der Sichtblende
auf die-für einen echten Strahlungs-
schutz erforderliche Zeitspanne
unter etwa 10 ms wird jedoch erst möglich durch eine von den bisher bekannten Anordnungen
grundsätzlich abweichende Bauweise und Betriebsart der Sichtblende. Erreicht wird
dies gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn die vorhergehend genannten
Bauteile so angeordnet sind und derart zusammenwirken, daß die Sperrlage der Sichtblende
identisch mit ihrer mechanischen Ruhestellung ist, d h. daß die Sichtblende bei
Erregen der Solenoide aus einer unter dem Einfluß der Federkraft gegebenen Ruhestellung,
welche gleichzeitig ihre eine Durchsicht auf den Sc;#iweißbereich verhindernde Sperrlage
ist, entgegen der Federkraft in ihre die Durchsicht freigebende Öffnungslage bewegt
wird und nach Entmagnetisierung der Solenoide unter der Wirkung der Federkraft wieder
in die Sperrlage zurückkehrt und wenn nach einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels
die Solenoide während der Zeitspanne der Bewegung der Sichtblende in ihre Öffnungslage
mit stark überhöhter Feldstärke erregt werden und diese überhöhte Erregung nach
Erreichen der Öffnungslage auf einen Haltewert reduziert wird, der nur unwesentlich
über dem Wert der Abfallerregung für die Tauchanker liegt. Durch diese den bekannten
Schutzanordnungen entgegengesetzte Betriebsart der Sichtblende wird gewährleistet,
daß erstens die Zeitkonstante des Magnetsystems überhaupt keine Rolle mehr spielt,
weil dieses die Sichtblende nicht mehr wie bisher in ihre Sperrlage, sondern nur
in eine Öffnungslage bewegen muß, wofür eine in der Praxis erprobte
relativ
lange Zeit im Bereich bis zu mehreren Sekunden zur Verfügung steht, daß zweitens
bei gleichzeitig kleiner und gewichtsmäßig vorteilhaft leichter Bauweise des Magnetsystems
und trotz relativ groBem Ankerhub zur Gewährleistung einer guten Freisicht im Vergleich
zu bisherigen Systemen extrem starke Rückstellfedern vorgesehen werden können, so
daß die Sichtblende nicht mehr wie bisher üblich in Abhängigkeit von der-Zeitkonstante
des Magnetsystems, sondern vielmehr unter dem Einfluß der vorgenannten Rückstell-Federkraft
schlagartig in ihre Sperrlage bewegt'wird und daß sich schließlich drittens in überaus
vorteilhafter Welse die Sichtblende normal in Sperrlage befindet, so daß auch bei
einem etwaigen Defekt der Schaltungsanordnunl=, bei Stromausfall oder dergleichen
im Gegensatz zu bisher bekannten Anordnungen stets ein Strahlenschutz gewährleistet
ist, weil die Rückstellfedern in einem vorgenannten Defekt fall die .Sichtblende
vollautomatisch in ihre Sperrlage bringen.
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Außerdem ergibt sich aus dieser Betriebsart automatisch eine sich
ständig wiederholende Kontrolle der Bauteile und deren Funktion, weil sich die Sichtblende
sowohl nach Inbetriebnahme des Schweißgerätes al auch nach jedem Schweißintervall
stets erst dann öffnen und die Durchsicht freigeben kann, wenn die elektrischen
und magnetischen Bauteile in Ordnung sind, so daß-insgesamt eine optimale Schutzfunktion
der Anordnung sichergestellt ist.
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Da wie bereits erwähnt die Zeitkonstante des Magnetsystems bei der
getroffenen Anordnung und Betriebsart der Sichtblende keine Rolle spielt, können
zur Verbesserung der magnetischen Flußführung gemäß einer Fortbildung der Erfindung
die Solenoide jeweils mit einem der magnetischen Flußführung dienenden Hilfseisenkreis
ausgerüstet sein, der Jedoch nicht in sich geschlossen und in keiner Lage der Tauchanker
mit diesen direkt ferromagnetisch verbunden ist. Auf diese Weise wird, ohne daß
jedoch beim Abschalten der Magnetisierung der Solenoide ein geschlossener Eisenkreis
mit entsprechender Remanenz vorhanden ist, die Magnetkraft der Solenoide wesentlich
verstärkt, so daß auch entsprechend starke RUckstellfede.nnvorgesehen werden können,
was zu einer weiteren Verkürzung der Zeitdauer für die Rückstellung der Sichtblende
i:n ihre Sperrlage führt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzanordnung
unter Verwendung einer mechanisch gesteuerten Sichtblende sieht vor, daß die Sichtbiende,
vorzugsweise in einer Teilkreisbewegung, mittels eines von der Schaltungsanordnung
beeinflußten Nicro-Elektromotors mit Untersetzungsgetriebe entgegen der Wirkung
einer relativ starken Rückstellfeder in ihre Öffnungslage bewegt und dort bei gleichzeitiger
Stillsetzung des Elektromotors mittels einer Sperraste solange selbstsperrend gehalten
wird, bis durch ein von der Schaltungsanordnung kommendes Steuersignal
mittels
eines Elektromagneten die Sperraste geöffnet wird und die Sichtblende unter der
Wirkung der Rückstellfeder schlagartig in ihre Sperrlage bewegt wird. Diese Steuerungsart
der Sichtblende ist Gegenstand einer anderen Patentanmeldung gleichen Prioritätsdatums
und wird dort spezifischer-erläutert. Sie läBt sich jedoch mit Vorteil auch im Rahmen
der vorliegenden Erfindung verwenden, wobei der Vorteil gegenüber dem im Vorhergehenden
beschriebenen Magnetsystem im wesentlichen darin zu sehen ist, daß für den Betrieb
des Micro-Elektromotors nur eine relativwinaige Betriebsspannu#ng in der Größenordnung
von etwa 1,5 bis 2,5 V benötigt wird und daß außerdem infolge der durch die#Getriebeuntersetzung
erzielten hohen Leistung Rückstellfedern vorgespannt werden können, welche die Sichtblende
in einer praktisch nicht mehr unterbietbar kurzen Zeitspanne in der Größenordnung
von 1 bis 2 ms in Sperrlage bewegen.
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Die#elektrische Verbindung zwischen dem Schwei!3gerät einerseits und
der erfindungsgemäßen Schutzanordnung andererseits kann gemäß der Erfindung in der
Weise erfolgen, daß fur die elektrische Kopplung zwischen dem Schweißelektrodenkreis
und der Schaltungsanordnung zwei Kopplungskabel vorgesehen sind, die an einem Ende
mit isolierten Steckbuchsen zur Verbindung mit Steckerstiften der Schaltungsanordnung
und am anderen Ende mit in isolierten Buchsen befestigten Kontaktspitzen versehen
sind, welche durch die Isolierung der Elektrodenkabel hindurch und etwa# parallel
mit deren Leiterseele verlaufend in die Elektrodenkabel eingestochen
werden
(Fig. 5 + 6). Diese Maßnahme ist insbesondere für eine nachträgliche Montage der
Schutzanordnung an bereits im Betrieb befindlichen Schweißgeräten von großem Vorteil,
weil sie universell für alle Schweißgerätetypen anwendbar ist und weil außerdem
die Montage außerordent ch einfach und rasch durchführbar ist.
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Schließlich ist es zweckdienlich, wenn gemäß weiterer Ausgestaltung
der Erfindung das Verbindungskabel zwischen dem die Schaltungsanordnung (Fig. 2
+ 3) enthaltenden Baukasten und dem die Sichtblende enthaltenden Schutzgerät mit
einem flexiblen Schutzschlauch aus hitzeresistentem Werkstoff, vorzugsweise mit
einem gegen Temperaturen bis zu 600 ° C resistenten Glasfaser-Gewebeschlauch überzogen
ist (Fig. 5). Der hitzefeste Schutzschlauch sorgt nämlich für langzeitigen Schutz
des Verbindungskabels gegen mechanischen und letztlich elektrischen Defekt durch
heiße oder sogar glühende Schweiß partikel.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Hierzu zeigen Fig. 1: die Spannungscharakteristik im Schweißelektrodenkreis eines
beliebigen Schweißgerätes, Fig. 20 das Ausführungsbeispiel eines Signalschalters
zur Auslösung des Sperrsignals für die Sichtblende, Fig. 3: das Ausführungsbeispiel
einer Schaltungsanordnung
für die Auswertung der Spannungscharakteristik
nach Fig. 1, Fig. 4: ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer magnetisch gesteuerten
Sichtblende, Fig. 5: das Schemabild eines Schweißgerätes -beliebiger Bauart mit
erfindungsgemäßer Schutzanordnung, Fig. 6: das Ausführungsbeispiel eines Kopplungskabels
zwischen dem Schweiß elektro denkreis -und der Schaltungsanordnung nach Fig. 3.
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Im Diagramm nach Sig. 1 ist auf der Ordinate die Amplitude der Elektrodenspannung
UE und auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen. Dabei ist mit UX die Elektroden-Leerlaufspannung,
mit UK die Blektroden-Kursschlußspannung beim Ansetzen der Schweißelektrode, mit
U5 eff. die effektive Elektroden-Schweiß spannung und #chließlich mit US max die
während des Schweißvorganges auftretende maximale Elektroden-Schweißspannung bezeichnet.
Von diesen Spahnungen kann die Leerlaufspannung UD eine absolute Größe zwischen
etwa 40 V ~ und maximal 100 V = annehmen. Die Kurzschluß spannung UK bewegt sich
bei allen Geräten in Abhängigkeit vom Schweißmaterial und von der Elektrodenart
im Bereich zwischen 0,5 V bis 5 V. Die effektive Schweißspannung US eff. hat üblicherweise
eine Größe zwischen 18 V bis 50 V und ist, wie das Diagramm zeigt, nicht linear,
sondern in Abhängigkeit vom Schweißmaterial und von der Stärke beziehungsweise Höhe
des 5chweißlichtbogens flatternd. Die maximale Schweiß spannung U5 max kann, wie
aus dem Diagramm deutlich sichtbar ist, je
nach Höhe des Schweißli,chtbogens
beträchtlich ansteigen und gegebenenfalls sich dem Wert der Leerlaufepannung UL
nähern. Mit A ist der Spannungsverlauf vor dem Ansetzen der S-chweißelektrode gekennzeichnet,
wobei die Spannung im Schweißelektrodenkreis den Wert der Leerlaufspannung UL konstant
beibehält. Wird im Zeitpunkt x die Schweißelektrode angesetzt, das heißt erfolgt
eine metallische Berührung der Schweißelektrode mit dem Werkstück, so bricht die
Spannung auf den Wert der sogenannten Kurzw schluß spannung UK zusammen0 Dieser
Bereich des Ansetzens der Schweißelektrode ist mit B bezeichnet. Wird die Elelctrode
zum Zeitpunkt y abgehoben, so steigt die Spannung im Schweißelektrodenkreis auf
den Wert der Schweiß spannung an, wobei sich ein mittlerer Wert von US eff. einstellt,
der jedoch bei kurzzeitigem Verlöschen und Wiederzünden des Schweißlichtbogens,
wie dies in der Praxis beispielsweise durch zu hohen Lichtbogenabstand durchaus
der Fall sein kann, auf den mit B bezeichneten S9it#enwex't ann t} dem sich für
kurze Zeit der Wert der Kurzschluß spannung UK anschließt, bis der Lichtbogen wieder
zündet. Mit F ist die Spannungsamplitude bezeichnet, welche beim Abziehen der Schweißelektrode
zum Ende des Schweißvorganges hin meist erreicht wird. Erlischt mit Beendigung des
Schweißvorganges nach dem völligem Abheben der Schweißelektrode im Zeitpunkt z der
Lichtbogen, so steigt die Spannung wieder auf den Leerlaufwert UL an Dieser vorgenannte
Zeitbereich des Schweißvorganges ist im Diagramm mit C bezeichnet. Der hieran anschließende
Zeitbereich D entspricht
dem Ruhezustand des Schweißgerätes vor
dem nächstfolgenden Schweißvorgang oder der Abschaltung. Der dargestellte Spannungsverlauf
ist wie bereits erwähnt für alle elektrischen Schweißgeräte einheitlich, wobei bei
unterschiedlichen Gerätetypen lediglich andere absolute Größen der Spannungsamplitude
auftreten.
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Wird an den im Prinzipschaltbild na#ch Fig. 2 dargestellten Signal
schalter über die Anschlußpunkte 1 und 2 die bei Schließstellung des Relaiskontaktes
(v2 in Fig. 3) vom Eingangsgleichrichter (GL in Fig. 3) und somit letztlich vom
Schweißelektrodenkreis (El,- E2 in- Fig. 3) kommende Spannung angeschaltet, so werden
über 1-DI-Rl-01--2 beziehungsweise 1-D1-D2-R2-C2-2 die beiden Kondensatoren C1,
C2 auf gleiches Spannungspotential aufgeladen und gehalten. Ein effektiver Stromfluß
über den parallelgeschalteten Kreis des optoelektronischen Kopplers OK kommt nicht
zustande, weil sich erstens die zwei Dioden D3, D4 in Sperrlage und zweitens auf
gleichem Spannungsniveau befinden. Ein etwaiger, durch die Verlu3tspannung über
die Diode D2 verursachter Minimal strom über die Leuchtdiode LD des Optokopplers
OK wird durch die Ableitung der Basis des Fototransistors -FT über den hochohmigen
Regelwiderstand R5 nach Minus-eliminiert. Der Fototransistor FT des Optokopplers
OK ist also gesperrt, uo daß der Kondensator C3 über den Regeiwiderstand R7 nach
Minus entladen und der Schalttransistor Tl gleichfalls gesperrt ist.
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Der Signalschalter befindet sich somit in gesperrtem
Wartezustand
mit geladenen Kondensatoren 01, a2. Wird aus diesem Schaltzustand heraus (beispielsweise
zum Zeitpunkt x nach Fig. 1) die Spannung im Schweißelektrodenkreis auch nur geringfügig
abgesenkt (beispielsweise im Diagramm nach Fig. 1 von der gewählten Leerlaufspannung
UL = 75 V auf 74,5 V), so bewirkt dies eine dementsprechende Entladung der beiden
Kondensatoren C1, 02 zur Anpassung an die neue Spannung Hierbei kann sich jedoch
nur der Kondensator Cl über die Widerstände Rl + R3 nach Minus sofort entladen,
wogegen sich der Kondensator C2 nicht über den Widerstand R3 entladen kann, weil
die Diode D2 sperrt. Der.Ladungsausgleich von C2 kann nur über R2-D3-LD-D4-R3-Minus
erfolgen.
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Die Leuchtdiode LD im Optokoppler OK wird also erregt, wobei die parallelgeschaltete
Zenerdiode ZD1 die Leuchtdiode gegen unzulässig hohe Spannungsstöße schützt. Die
Strahlung der Leuchtdiode LD beaufschlagt die Basis des Fototransistoxs FT, so daß
dieser durchschaltet und über 1-D1-R4-Kollektor Fq Emitter FT -R9-Basis 21 Plus
an die Basis des Schalttransistors T1 anlegt, wodurch auch dieser durchschaltet
und über Minus-Emitter T1-Kollektor T1-D5 Minus an den Anschlui3-punkt 3 des Signalschalters
durchschaltet. Dieses an den Anschlußpunkt 3 durchgeschaltete Minus landet letztlich
am Signaleingang (SE) des Scfrt#ellwertschalters (ST in Fig. 3) und bewirkt dort
eine Sperrung des Schwellwertschalters beziehungsweise in letzter Folge eine Überführung
der Sichtblende in ihre'Sperrlage.
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Von den restlichen Bauelementen des Signalschalters gemäß Fig. 2 dient
der Widerstand R6 als Lade schutz für die Auf-
ladung des Kondensators
CD, der Regelwiderstand 27 der Entladung des Kondensators C3 nach Minus, der Kondensator
C3 selbst als Speicher zur Erfassung des vom Optokoppler-OK kommenden, gegebenenfalls
zeitlich nur sehr kurzen Steuersignals, der Widerstand R8 in Verbindung mit dem
Basiswiderstand R9 als Spannungsteiler und schließlich die dioden ZD2 und ZD3 als
Schutz -gegenüber unzulässig hohen Spannungsspitzen im Basiskreis be#iehungsweise
Kollektor-Emitterkreis des Schalttransistors Tl.
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Die in der Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung wird am besten
anhand ihrer nachfolgenden Arbeitsweise verständlich: Wird, beispielsweise gemäß
dem Schemabild nach Fig. 5 über die in der Fig. 6 gezeigten Kopplungskabel die elektrische
Spannung des Schweißelektrodenkreises- über die Eingangspole El, E2 angeschaltet,
so passiert sie den Ein gangsgleichrichter GL und tritt über /- als Speisespannung
für die nachgeordneten Schaltelemente aus. Die Größe dieser mit der Schweißelektrodenspannung
praktisch.identischen Speisespannung hat beiden bekannten elektrischen Schweißgeräten
meist eine Amplitude zwischen 55 V bis 75 V und kann einen erlaubten Maximalwert
bis 100 V = annehmen, wogegen der Minimalwert bei kleinen Handschweißgeräten und
bei sogenannten Kesselschweißanlagen bei etwa 42 V liegt. Die Speisespannung speist
einen über einen Strombegrenzungswiderstand Rl 3 angeschalteten Schwellwertschalter
ST (Schmitt-Trigger), der mittels einer Zenerdiode z:
mit einem
die Oberwelligkeit glätte:aden Kondensator o4 unabhangig von der variablen absoluten
Größe der Speisespannung auf einen konstanten Ansprechwert eingestellt ist Sobald
nach dem Einschalten des Schweißgerätes die Elektroden-Speisespannung einen mittels
eines Potentiometers R12 an der einen Spannungsteiler bildenden Widersdiandakombination
R10, R11, R12 eingestellten Wert übersteigt, welcher analog gröber als die Amplitude
der effektiven Schweiß spannung, aber kleiner als die Elektroden-Leerlaufspannung
ist, wird über den Signaleingang SE der Schwellwertschalter ST durchgeschaltet,
d.h. er liefert + an seinem Signalausgang SA. Dabei ist es nicht erforderlich, pro
Schutzanordnung eine individuelle Einstellung des Potentiometers R12 vorzunehmen,
vielmehr genügt es gemäß den vorerwähnten üblichen Spannungsniveaus bekannter Schweißgeräte,
wenn der Schwellwertschalter im Bereich zwischen der üblichen maximalen Schweißspannung
von etwa 30 V und der minimalen Leerlaufspannung von 42 X, also vorschlageweise
etwa bei 35 V anspricht. Das vom Signalausgang SA des Schwellwertschalters gelieferte
+ verläuft über einen Spannungsteiler R19, R20 zur Basis eines Schalttransistors
T3, so daß dieser über seinen Emitter das Minus der Speisespannung an seinen Kollektor
durchschaltet. Hierdurch wird über Plusspeisespannung-D7-R17-V1-D10-Kollektor 3Emitter
23-Minusspeisespannung das Minirelais V1 erregt, Jedoch zeitlich verzögert erst
dann zum Ansprechen gebracht, wenn der dem Relais Vi parallelgeschaltete Kondensator
C7 entsprechend hoch
aufgeladen ist. Diese Zeitverzögerung dient
einem Zweck, der noch beschrieben wird, Der Schalttransistor T4 ist gesperrt, weil
das über den Basiswiderstand R18 an seine Basis gelangende Plus der Speisespannung
über D11-Kollektor 23-Emitter h- direkt nach Minusspeisespannung abgeleitet wird.
Spricht das Relais V1 an und legt seinen Schaltkontakt v1 um, so wird die vom Signalausgang
SA des Schwellwertschalters ST kommende positive Spannung an die über den Widerstand
R22 auf Null vorgespantite Basis des Schalttransistors 22 geleitet, so daß dieser
durchschaltet. Damit wird über Plusspeisespannung-D6-v2-D16-A2-Kollektor T2-Emitter
T2-Minusspeisespannung die-gemEß Schemabild nach Fig. 5 über ein Verbindungskabel
und die Anschlußelemente Al, A2 an die Schaltungsanordnung angeschlossene sichtblende
(beispielsweise nach Fig. 4) so erregt, daß sie öffnet und die Durchsicht auf den
Schweißbereich freigibt. Diese Erregung erfolgt - sofern eine magnetisch gesteuerte
Sichtblende beispielsweise nach Fig. 4 verwendet wird - ungedämpft mit voller Speisespannung
und mit einer für kurzzeitige Übererregung dimensionierten Wicklung, .50 daß beim
Öffnen der Sichtblende relativ starke Rückstellfedern gespannt werden können. Die
bei einem derartigen Magnetsystem mögliche-n, für den Schalttransiafor T2 schädlichen
hohen induktiven Spannungsspitzen werden ihrer eine in Sperrichtung .eingeschaltete
Freilaufdiode D17 kurzgeschlossen. Mit dem Durchschalten des Transistors T2 wird
über Plusspeisespannung-D7-D8-R23-V2-D13-Kollektor T2-Emitter T2-Minus-
speisespannung
auch das Minirelais V2 erregt, jedoch wiederum zeitverzögert mittels des Kondensators
C: so daß V2 erst ansprechen kann, wenn C8 ausreichend aufgeladen ist. Auch hier
ist der Schalttransistor T5 gesperrt, weil seine Basis über eine Diode D14 und den
Transistor T2 direkt nach Minusspe#sespannung geführt ist. Die beiden D-ioden D9
und D12 i3or#en für den Schutz der Transistoren 24 und T5 gegen induktive Spannungsspitzen,
die durch die Wicklungen der Relais V1 bzw.
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V2 entstehen können. Damit in den I1ällen, bei denen die Schweißelektrodenspannung
eine Wechselspannung ist und die Speisespannung aus dem Ausgangegleichrichter GL
als nur doppelwellig gleichgerichtete, aber nicht geglättete Gleichspannung austritt
, für die vorgenannten Relaiskreiso eine saubere Gleichspannung zur Verfügung steht,
ist ein Glättungskondensator C6 mit einem Ladewiderstand RIS und einem Entladewiderstand
R16 vorgesehen. Damit jedoch der Schwellwertschalter ST beim Eintreffen eines Sperrsignals
ohne Zeitverzögerung abschaltet, ist eine Diode D7 vorhanden, welche eine Entladung
des Kondensators C6 über den Schwellwertschalter ST blockiert. Weiterhin ist eine
Zenerdiode ZD5 vorgesehen, welche die Speisespannung in den beiden Relaiskreisen
V1/C7 und V2/C8 unabhängig von Speisespannung der variablen Größe der/auf die zulässige
Relaisspannung (beispielsweise 24 V) begrenzt und konstant hält. Eine mit DB bezeichnete
Diode sperrt eine Rückentladung des Kondensators C8 über den Verzögerungskreis V1/C7.
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Spricht das Minirelais V2 an und legt seinen Schaltkont#ct v2
um,
so kann Plusspeisespannung nach Al nur über den Strombegrenzungswiderstand R25 laufen,
wodurch die Spannung über die an Al, A2 angeschaltete Sichtblende auf einen nur
noch für eine Dauerhaltespannung ausreichenden Wert vermindert wird, so daß die
während der Öffnung der Sichtblende existent Übererregung wieder ausgeschaltet ist.
Die in den vorgenannten Strompfaden enthaltenen Dioden D6 und D16 sperren eine Rückwirkung
etwaiger vom Magnetsystem der Sichtblende erzeugte induktive Spannungsänderungen
auf den Signaleingang SE des Schwellwertschalters ST. Der dem Relajskontakt v2 parallelgeschaltete
Widerstand R26 in Verbindung mit dem Kondensator C9 bildet eine Bunkenlöschßtrecke
zum Schutz dieses kurzzeitig im Laststromkreis der Sichtblende befindlichen Kontaktes.
Dabei sorgt eine mit dieser Punkenlöschung in Serie geschaltete Diode D15 dafür,
daß nach dem Umlegen des Schaltkontaktes v2 der Speisestrom mit Sicherheit nicht
mehr über die Diode D16 verlaufen kann, sondern den Widerstand R25 passieren muß.
Hat der Schaltkontakt v2 uagelegt, so wird über Plusspeisespannung-D6-y2-Anschlußpunkt
1 der in Fig. -2 dargestellte Signalschalter in bereits ausführlich beschriebener
Weise an Spannung gelegt und damit aktiviert. Damit besteht insgesamt ein im Diagramm
nach Fig. 1 mit A bezeichneter Zeitabschnitt einer aktivierten Wartestellung der
Schutzanordnung, während der die Sichtblende geöffnet ist.
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Wird aus dieser Wartestellung heraus die Schwe.ißelektrode
angesetzt
und hierdurch in bereits erläuterter Weise im Signalschalter gemäß Fig. 2 ein Sperrsignal
ausgelöst, d.h. Minusspeisespannung an den Anschlußpunkt 3 der Schaltungsanordnung
nach Fig. 3 durchgeschaltet, so landet dieses am Signaleingang SE des Schwellwertschalters
ST und dieser sperrt, d.h. letzterer liefert an seinem Signal ausgang SA Minusspeisespannung.
Hierdurch wird über SA-R2I-v1-Basis T2 Minusspeisespannung an den Schalttransistor
T2 gelegt, wodurch dieser elektronisch schnell sperrt und die Spannung über die
Sichtblende abtrennt, so daß diese unter der Wirkung der beim Öffnen vorgespannten
Rückstellfedern schlagartig schließt. Gleichzeitig wird über SA-R19-Basis 23 auch
der Transistor T3 gesperrt, wodurch sich der Kondensator C7 unter der Wirkung segner
eigenen positiven Ladespannung über den Widerstand R18 auf die Basis T4 über den
Schalttransistor 2,4 und die Diode D9 schlagartig bis auf ein Kapazitätßmiaimum
entlädt. Damit fällt auch das Relais V1 ab, wodurch sei-n-Schaltkontakt v1 umschaltet
und die Basis von T2 sicherheitshalber an Minusspeisespannung schaltet. Gleichzeiti,g
wird infolge der Sperrung des Transistors T2 Minusspeisespannung für den Relaiskreis
V2/C8 abgetrennt, so daß sich auch der Kondensator C8 mittels Basiswiderstand R24
über den Transistor T5 und die Diode D12 schlagartig entlädt. Hierdurch wird der
Schaltkontakt v2 wieder in die gezeichnete Ruhelage zurückgestellt. In diesem Schaltzustand
verharrt nun die Schutzanordnung während des gesamten Schweißvorganges, wobei sich
durch kurzzeitige Steuersignale des Signalschalters ausgelöste Signale des Schwellwertschalters
ST
infolge der durch den Schaltkreis V1/C7 geschaffenen Zeitverzögerung nicht auswirken
können, d.h. eine erneute Durchschaltung von T2 und damit eine Öffnung der Sichtblende
nur eintreten kann, wenn nach einer gewissen Zeitverzögerung der Relaiskontakt v1
wieder in Aktivstellung.#geht.
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Wird nach Beendigung des Schweißvorganges die Schweißelektrode vollends
abgezogen und steigt damit die Speisespannung wieder auf ihren Leerlaufwert an,
so wird erst nach einer durch V1/C7 bewirkten Zeitverzögerung die Schaltungsanordnung
in bereits beschriebener Weise wieder aktiviert, d.h. der Transistor v2 schaltet
erneut durch und die Sichtblende wird wieder-geöffnet, beisein erneutes Sperrsignal
eintrifft oder das Schweißgerät insgesamt abgeschaltet wird. Damit ist-wieder die
Ausgangsposition erreicht.
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Bei dem in der Fig. 4 dargestellten .lusführungsbeispiel einer magnetisch
gesteuerten Sichtblende ist mit 10 eine Chassisplatte bezeichnet, auf der zwei Solenoide
ii, 12 aus antimagnetischem Werkstoff mit längsaxialen Führungsrohren 13, 14 starr
montiert sind. Die Wicklungen dieser Solenoide sind mit 15, #16 bezeichnet. In den
vorgenannten Führungsrohren# gleiten# zwei Tauchanker 17i 18 aus paramagnetischem
Werkstoff, die an ihren Stirnenden jeweils mit einer antimagnetischen Auflage belegt
sind und in deren anderen Enden jeweils ein Mitnehmer 19, 20 aus antimagne -
tischem
Werkstoff starr befestigt ist. An diesen beiden Mitnehmern ist eine Blende 21 aus
Dunkelglas üblicher Norm befestigt und mit 22, 23 bezeichnete Rückstellfedern halten
die aus den beiden Tauchankern 17, 18, den Mitnehmern 19, 20 und der Blende 21 bestehende
Anordnung in einer mit 1 bezeichneten Ruhestellung. Diese Ruhestellung ist identisch
mit der Sperrlage der Sichtblende, d.h. die Blende 21 verdeckt in dieser Stellung
das in der Chassis.latte 10 und in einer davor angeordneten Abdeckung 24 aus Dunkelglas
üblicher Norm vorgesehene Freisichtfenster . 25. Mit 26 ist eine Steckanschlußbuchse
bezeichnet, deren Anschlußelemente mit den Anschlüssen der beiden Wicklungen 15,
16 verbunden sind und auf die ein mit einem beispielsweise aus der Fig. 5 deutlicher
ersichtlichen Verbindungskabel 27 verbundener Anschlußstecker 28 aufgeschoben ist.
Werden die Wicklungen der Solenoide erregt, so werden die beiden Tauchanker 17,
18 in das Innere der Solenoide gezogen und die Blende 21 nimmt eine mit II bezeichnete
Arbeitslage ein, welche der Öffnungslage entspricht und den Durchblick des Schweißers
auf den Scfr#ißbereich durch das Freisichtfenster 25 freigibt. Werden die Solenoide
enterregt, so ziehen die Rückstellfedern 22, 23 die Blende 21 schlagartig wieder
in die Stellung I zurück und die Durchsicht ist gesperrt.
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In dem Schemabild nach Fig. 5 ist mit 29 ein elektrisches Schweißgerät
bezeichnet, an dessen Anschluß-
elemente zwei SchweiSelektrodenkabel
30, 31 angeschaltet sind. Von diesen führen in der Fig. 6 näher dargestellte Kopplungskabel
32, 33 zu einem die Schaltungsanordnung gemäß den Fig. -2 + 3 enthaltenden Baukasten.
Von diesem wiederum .filhrt ein Vorzugsweise mit einem hitzefesten Glasfaser-Gewebeschlauch
ummanteltes# 2-adriges flexibles Kabel 34 zum eigentlichen Schutz#gerät 35 (Handschirm
oder Schutzhelm) mit einer darin montierten Sichtblende beispielsweise gemäß. Fig.
4. Das Verbindungskabel 34 endet zWecks leichterer Demontierbarkeit der Einzelteile
der Schutzanordnung zweckdienlich beidseitig in je einer steckvorrichtung 36, 36,
37.
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Ein in der Fig. 6 gezeigtes Ausführungsbeispiel eines Kopplungskabels
zur Verbindung der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 + 3 mit den Schweißelektrodenkabeln
30, 31 besteht aus einer Steckerbuchse 38 zur Verbindung mit einem im Baukasten
der Schaltungsanordnung montierten Steckerstift 39 sowie aus einer Isolierbuchse
40 mit e-inem angespitzten Kontaktstift 41 zum Einstechen in die Schweißelektrodenkabel
und aus einem die beiden vorgenannten Buchsen elektrisch verbindenden einadrigen
Kabel 42,
Bezugszeichen-Liste Fig. 1 UE: Elektrodenspannung im
Schweißelektrodenkreis UL: Elektroden-Leerlaufspannung U#max: maximale Schweißspannung
Useff effektive Schweißspannung Elektroden-Kurzschluß spannung t: Zeitachse A: Zeitbereich
vor dem Ansetzen der Schweißelektrode B: Zeitbereich während des Ansetzens der Schweißelektrode
C: Zeitbereich während des Schweißvorganges D: Zeitbereich nach beendetem Schweißvorgang
E: Spannungsverlauf bei kurzzeitigem Verlöschen und unmittelbar folgendem Wiederzünden
des Schweißlichtbogens F: Spannungsverlauf beim Abziehen der Schweißelektrode gegen
Ende des Schweißvorganges x: Zeitpunkt des Ansetzens der Schweißelektrode yi Zeitpunkt
des Abhebens der Schweißelektrode vom Werkstück z: Zeitpunkt der Beendigung des
Schweißvorganges Sig. 2: 1,2,5: Anschlußpunkte des Signalschalters
R1-3,4,6,8,9:
Festwiderstände R5,7: Regelwiderstände 01,2,3: Elektrolyt-Kondensatoren Dl,2,3,4,5:
Dioden ZD1,2,3: Zenerdioden LD: Leuchtdiode im Optokoppler FT: Fototransistor im
Optokoppler OK: Optokoppler T1: Schalttransistor (n-p-n) Fig. 3: 1,2,3: Änschlußpunkte
zum Signalschalter nach Fig.2 E1,E2: Anschlußpunkte zum Schweißelektrodenkreis GL:
Doppelweg (Graetz)-Gleichrichter R10,11,13 bis 26: Festwiderstände R12: Potentiometer
C4,5,7,8: Blektrolyt-Kondensatoren as: Glättungskondensator C9: Funkenlöschkondensator
ST: -Schwellwertschalter (Schmitt-Trigger) SE: Signaleingang von ST SA: Signalausgang
von ST ZD4,5: Zenerdioden D6 bis D17: Dioden VI,V2: Minirelais T2,3,4,5: Schalttransistoren
tn-p-n) A1,A2: Anschlußpunkte zur Sichtblende
Fig. 4: 4 bis 9:
-10: Chassisplatte 11,12: Solenoide 13,14: Führungsrohre 15,16: Wicklungen 17,18:
Tauchanker 19,20: Mitnehmer 21: Blende (Dunkelglas) 22,23: Rückstellfedern 24: Abdeckung
(Dunkelglas) 25: Freisichtfenster 26: Steckeranschlußbuchse 27: Verbindungskabel
28: Anschlußstecker I: Sperrlage der Sichtblende II: Öffnungslage der Sichtblende
Fig. 5: 29: Schweißgerät 30,31: Elektrodenkabel 32,33: Kopplungskabel 34: Verbindungskabel
35: Schutzgerät (Handschirm, Schutzhelm) 36 , 37:Steckvorrichtungen
Fig.
6: 38: Steckerbuchse 39: Steckerstift 40: Isolierbuchse 41: Kontaktstift 42: Kabel
Leerseite